圆柱型锂离子电池三维分层热耦合模型研究
2021-10-10 02:02:46赵杨梅张雪楠
电源学报
2021年5期
关键词：模型
韩 甜，时 玮，赵杨梅，张雪楠
（北京交通大学电气工程学院，北京 100044）
动力锂离子电池由于能量密度高、电压平台高、循环性能好等优点，被广泛应用于电动汽车的动力来源[1]。但是，锂离子电池在充放电过程中会产生热效应，集聚的热量导致电池单体出现温度不一致，造成电池电化学反应不均，从而影响电池的性能和使用寿命。目前，研究充放电过程中锂离子电池电化学反应和产热量的数值模型包括等效电路模型[2-3]、单粒子模型[4]、一维电化学热耦合模型[5-7]和三维集总热模型[8-9]。其中，由电阻、电容和电压源组成的等效电路模型可以描述电池的开路电压、直流内阻、极化内阻等外特性，但不能描述电池内部的反应过程；单粒子模型是忽略了电解质浓度梯度的简化模型；三维集总热模型将电池单元的层状结构视为均质材料，将电化学反应产生的热量简单地添加到能量方程中作为产热源项。上述模型均未考虑集流体和电芯单元夹层结。
锂离子电池单体包括圆柱形卷绕式电池和方形（软包）层叠式电池，基本结构均为层状电芯单元结构，该结构按照正集流体、正极片、隔膜、负极片和负集流体的顺序将叠片卷绕或挤压形成[10-11]。本文针对电芯单元建立了一维1D（one-dimensional）电化学发热模型，对由电芯单元卷绕形成的电池单体建立三维3D（three-dimensional）模型，并将质量守恒、电荷守恒、能量守恒耦合到电化学反应中，针对整个电池建立了三维分层电化学-热耦合模型。
1 电化……
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